bài tập lớn lý thuyết ô tô đề tài tính toán sức kéo ô tô

Các tính chất bao gồm: động lực họckéo, tính kinh tế nhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định , cơ động, êmdịu… Bài Tập lớn môn học Lý thuyết ôtô là một phần của môn học, với việc vậ

THIẾT KẾ TUYẾN HÌNH Ô TÔ

Xác định các kích thước cơ bản của xe

- Ba hình chiếu của xe ford ranger (đơn vị kích thước: mm)

- Các kích thước cơ bản:

STT Thông số Ký hiệu Kích thước Đơn vị

1 Chiều dài toàn bộ L0 5362 mm

2 Chiều rộng toàn bộ B0 1860 mm

3 Chiều cao toàn bộ H0 1815 mm

4 Chiều dài cơ sở L 3220 mm

7 Khoảng sáng gầm xe H1 200 mm

10 Vận tốc tối đa Vmax 170 km/h

- Trọng lượng và tải trọng ô tô thiết kế:

- Tự trọng (trọng lượng bản thân): G = 2215 (kg)0

- Tải trọng (hàng hoá, hành lý, ): G = 20 (kg)h

 Gh: khối lượng hành lý

 Ge: Tải trọng hàng hóa

- Phân bố trọng lượng : xe con với động cơ đặt trước, tải trọng phân bố lên cầu sau là 40 % ÷ 45%

- Như vậy tải trọng tác dụng lên cầu trước là 1869 kG, và tác dụng lên cầu sau là 1246 Kg.

TÍNH TOÁN SỨC KÉO

Tính toán thông số động cơ

2.1 Tính toán thông số động cơ

Thông số theo thiết kế phác thảo

- Loại động cơ: Turbo diesel 3.2L i5 TDCi

- Dung tích công tác: V = 3198 (cc)c

- Công suất tối đa: P = 160 (mã lực)max

- Mômen xoắn tối đa: M = 385 (N.m)max

- Vận tốc lớn nhất: v = 210 (km/h) = 47,22 (m/s)max

 Động cơ đặt trước, một cầu chủ động

 Hộp số tự động 6 cấp.

- Trọng lượng bản thân: 3115 kg

- Trọng lượng hành khách: 60 kg/người

- Trọng lượng hành lí: 20 kg/người

- Hiệu suất truyền lực: η tl =0,9 (trang 15 - GTLTOT)

- Hệ số cản không khí: K = 0,25 (trang 39 - GTLTOT)

- Hệ số cản lăn khi V < 22 m/s: f 0 =0,015

- Hệ số cản mặt đường tương ứng với Vmax f=f 0 ( 1+ V 1500 max 2 )

- Bán kính bánh xe: kí hiệu: 255/70R16 => { 255 :B ề r ộ ng c ủ a l ố p(mm)

- Bán kính thiết kế của bánh xe:

Bán kính động học và bán kính động lực học của bánh xe: rb = r = λ.rk 0

- với λ: Hệ số kể đến biến dạng lốp

- Chọn lốp có áp suất cao λ = 0,95

- Diện tích cản chính diện:

2.1.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

- Các đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ là những đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của các đại lượng công suất, mômen và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ Các đường đặc tính này gồm:

Công suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay của trục khuỷu g = f(n) Để tính công suất cực đại, trước hết cần xác định công suất cần thiết Ne để ô tô chuyển động đạt tốc độ cực đại vmax cho trước Thường thì Ne ≠ Nemax và nemax ≠ nN Công suất Nemax được tính theo công thức:

(Ne)max N ev a ( n n emax N ) +b ( n n emax N ) 2 −c ( n n emax N ) 3 (*)

 Động cơ diezel: a = 0.5, b = 1.5, c =1 (a, b, c là các hệ số thực nghiệm)

= 1,1 ( động cơ diesel không hạn chế số vòng quay)

Sử dụng phương trình cân bằng công suất khi ô tô chuyển động ổn định khi đạt tốc độ v thì gia tốc j = 0, chúng ta tìm:max

 f: hệ số cản của đường khi ô tô chuyển động ở tốc độ vmax

 K: hệ số cản không khí, N.s 2 /m 4

 F: diện tích cản chính diện của ô tô, m 2

 ƞ tl : hiệu suất của hệ thống truyền lực.

 Hiệu suất truyền lực: ƞ tl = 0,9 (tr 15)

 Hệ số cản tổng cộng của đường: ψ max = 0,45.

- Công suất cực đại của động cơ:

- Xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài, tính công suất của động cơ ở số vòng quay khác nhau (sử dụng công thức ledeman):

 Nemax và n : công suất cực đại của động cơ và số vòng quayN tương ứng

 Ne và ne: công suất và số vòng quay ở 1 thời điểm trên đường đặc tính.

- Tính mômen xoắn của trục khuỷu động cơ ứng với số vòng quay ne khác nhau:

 Các thông số n ; N ; M đã có công thức tínhN e e

- Kết quả tính được ghi ở bảng:

Sau khi tính toán và xử lí số liệu ta xây dựng được đường đặc tính ngoài với Công suất Ne(kW) và Mômen xoắn Me(N.m):

Hình 1 Đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ

- Nhận xét trị số Me max xuất phát từ công thức Laydecman như sau:

- Đạo hàm biểu thức và giải phương trình trên theo góc quay ω e , coi ω e ω M ta có:

- Trị số công suất Nemax ở trên chỉ là phần công suất động cơ dùng để khác phục các lực cản chuyển động Để chọn động cơ đặt trên ô tô, cần tăng thêm phần công khắc phục các lực cản phụ, quạt gió, máy nén khí

… Vì vật phải chọn công suất lớn nhất là:

2.2 Tính toán thông số truyền của hệ thống truyền lực

- Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực: itl = i i i i0 h c p

 itl – tỷ số truyền của HTTL

 i0 – tỷ số truyền của truyền lực chính

 ih – tỷ số truyền của hộp số

 ic – tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng

 ip – tỷ số truyền của hộp số phụ

2.2.1 Tỷ số truyền của truyền lực chính

- Được xác định theo điều kiện đảm bảo ôtô chuyển động với vận tốc lớn nhất ở tay số cao nhất của hộp số.

- Ta có: i0 = 0,105 r bx n emax i hc i pc v max

 ne max: số vòng quay của động cơ khi ôtô đạt tốc độ lớn nhất

 vmax = 170 (km/h): tốc độ lớn nhất của ôtô

 ihc = 1: tỷ số truyền của tay số cao nhất trong hộp số

 ipc = 1: tỷ số truyền của hộp phân phối chính

2.2.2 Tỷ số truyền của hộp số

Tỷ số truyền của tay số 1.

- Tỷ số truyền của tay số 1 được xác định trên cơ sở đẩm bảo khắc phục được lực cản lớn nhất của mặt đường mà bánh xe chủ động không bị trượt quay trong mọi điều kiện chuyển động.

- Theo điều kiện chuyển động, ta có:

 Pk max: lực kéo lớn nhất của động cơ

 Pψ max: lực cản tổng cộng của đường

 PW: lực cản không khí

- Khi ôtô chuyển động ở tay số 1 thì vận tốc nhỏ nên có thể bỏ qua lực cản không khí P :W

Pk max = M emax ∗i h1 ∗i 0 ∗η tl r bx

- Mặt khác, Pk max còn bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường:

 mk: hệ số lại tải trọng (m =1)k

 Gφ – tải trọng tác dụng lên cầu chủ động

 φ – hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8 : đường tốt)

 rk – bán kính động học của xe

Tỷ số truyền của các tay số trung gian.

- Chọn hệ thống tỷ số truyền của các cấp số trong hộp số theo ‘cấp số nhân’

- Công bội được xác định theo biểu thức: q = n−1 √ i i h1 hn (CT 3-14,tr108) Trong đó:

 n: số cấp trong hộp số (n = 6)

 ih1: tỷ sô truyền của tay số 1 (i =0,32 )h1

 ihn: tỷ số truyền của tay số cuối cùng trong hộp số (i = 1)h6

- Tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số được xác định theo công thức sau: ihi = i h(i−1) q = i h1 q i−1

 ihi – tỷ số truyền của tay số thứ i trong hộp số (i = 1; 2;…; n-1)

- Từ hai công thức trên, ta xác định được tỷ số truyền ở các tay số:

 Tỷ số truyền của tay số 2: i = h2 i h 1 q 2−1 = 1,92 1,14 = 0,405

 Tỷ số truyền của tay số 3: i = h3 i h1 q 3−1 = 1,92 1,14 2 = 0,51

 Tỷ số truyền của tay số 4: i = h4 i h1 q 4−1 = 1,92 1,14 3 = 0,64

 Tỷ số truyền của tay số 5: i =h5 i h1 q 5−1 = 1,92 1,14 4 = 0,82

 Tỷ số truyền của tay số 6: i = h6 1,00

- Tỷ số truyền của tay số lùi: i = 1,2hl ¿ih1 = 1,2 ¿ 0,32 = 0,38 (5) Kiểm tra tỷ số truyền của tay số lùi theo điều kiện bám:

Tỷ số truyền của các tay số

Tỷ số truyền tương ứng với từng tay số được thể hiện ở bảng sau:

2.3 Tính toán và xây dựng đồ thị

2.3.1 Phương trình cân bằng lực kéo và đồ thị cân bằng lực kéo của ôtô

- Phương trình cân bằng lực kéo của ôtô:

 Pk: lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động

 Pki = M r ki đ = M e i 0 r i hi ƞ tl đ (CT 1-52,tr52) (a)

 Pf: lực cản lăn P = G.f.f cos α = G.f (do α = 0)

 Pi: lực cản lên dốc P = G.i sinα = 0 (do α = 0)

 Pj: lực quán tính (xuất hiện khi xe chuyển động không ổn định)

 Pw – lực cản không khí P = K.F.vw 2

- Vận tốc ứng với mỗi tay số

- Lập bảng tính P theo công thức (a),(b) với từng tỉ số truyền k

Bảng 2.Giá trị lực kéo ứng với mỗi tay số

- Phương trình cân bằng lực cản P :c

- Xét ô ô chuyển động trên đường bằng và không có gió

Bảng 3 Giá trị lực cản ứng với mỗi tay số

- Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường:

 mk2: hệ số phân bố lại tải trọng (cầu trước chủ động m = 1)k2

 Gφ: tải trọng tác dụng lên cầu chủ động (6 kG)

 φ: hệ số bám của mặt đường (chọn φ = 0,8)

- Dựng đồ thị P =f(v) và Pk φ =f(v):

Hình 2 Đồ thị cân bằng lực kéo

 Trục tung biểu diễn P , P , P trục hoành biểu diễn v (m/s)k f w

 Dạng đồ thị lực kéo của ôtô P = f(v) tương tự dạng đườngki cong M = f(n ) của đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ.e e

 Khoảng giới hạn giữa các đường cong kéo P và đường congki tổng lực cản là lực kéo dư (P ) dùng để tăng tốc hoặc leo dốc.kd

 Tổng lực kéo của ôtô phải nhỏ hơn lực bám giữa bánh xe và mặt đường.

2.3.2 Phương trình cân bằng công suất và đồ thị cân bằng công suất của ôtô

- Phương trình cân bằng công suất tại bánh xe chủ động:

- Công suất truyền đến các bánh xe chủ động khi kéo ở tay số thứ I được xác định theo công thức:

Nki = N e ŋ tl ( v ớ i v i =0,105 i 0 r i i k hi n e pc ) (tr 57)

- Lập bảng và tính toán các giá trị N và v tương ứng: ki i

Bảng 4 Công suất của ô tô

Trên đồ thị N = f(v), dựng đồ thị k ∑ N c theo bảng trên:

- Xét ôtô chuyển động trên đường bằng:

Bảng 5 Công cản của ô tô ứng với mỗi tay số

Hình 3 Đồ thị cân bằng công suất của ôtô

2.3.3 Đồ thị nhân tố động lực học

Nhân tố động lực học (ký hiệu "D") là tỷ số giữa hiệu số lực kéo tiếp tuyến (P) và lực cản không khí (P) với trọng lượng toàn bộ của ôtô, phản ánh khả năng tăng tốc và duy trì tốc độ của xe.

ŋ tl -KFv²) (CT 1-57,tr55) vi = 2 π n e r bx 60.i 0 i hi

- Đồ thị nhân tố động lực học thể hiện mối quan hệ giữa D với tốc độ chuyển động v của ôtô khi đủ tải và động cơ làm việc ở đường đặc tính tốc độ ngoài, D = f(v)

- Lập bảng thể hiện mối quan hệ giữa D và v ở từng tay số:

Bảng 6:Nhân tố động lực học

- Nhân tố động học theo điều kiện bám được xác định như sau:

Bảng 7 Nhân tố động lực học theo điều kiện bám

- Dựa vào kết quả bảng tính, dựng đồ thị nhân tố động lực học của ôtô:

Hình 4 Đồ thị nhân tố động lực học ôtô

 Dạng của dồ thị nhân tố động lực học D = f(v) tương tự như dạng đồ thị lực kéo P = f(v); nhưng ở những vân tốc lớn thì đường congk dốc hơn.

 Khi chuyển động ở vùng tốc độ v > v (tốc độ v ứng vớith i th i

Di max ở từng tay số) thì ôtô chuyển động ổn định, vì trong trường hợp này thì sức cản chuyển động tăng, tốc độ ôtô giảm và nhân tố động lực học D tăng Ngược lại, vùng tốc độ v < v là vùng làm việc không ổn định ởth i từng tay số của ôtô.

 Giá trị nhân tố động lực học cực đại D1 max ở tay số thấp nhất biểu thị khả năng khắc phục sức cản chuyển động lơn nhất của đường: D1 max = ψ max

Vùng chuyển động không trượt của ôtô:

 Cũng tương tự như lực kéo, nhân tố động lực học cũng bị giới hạn bởi điều kiện bám của các bánh xe chủ động với mặt đường.

 Nhân tố động học theo điều kiện bám D được xác định nhưφ sau:

 Để ôtô chuyển động không bị trượt quay thì nhân tố động lực học D phải thoả mãn điều kiện sau : Ψ ≤ D ≤ Dφ

 Vùng giới hạn giữa đường cong D và đường cong Ψ trên đồφ thị nhân tố động lực học là vùng thoả mãn điều kiện trên Khi D > Dφ trong giới hạn nhất định có thể dùng đường đặc tính cục bộ của động cơ để chống trượt quay nếu điều kiện khai thác thực tế xảy ra.

2.3.4 Xác định khả năng tăng tốc của ôtô – xây dựng đồ thị gia tốc

- Biểu thức tính gia tốc :

- Khi ôtô chuyển động trên đường bằng (i = 0) thì:

 Di: giá trị nhân tố động lực học ở tay số thứ i tương ứng với tốc độ v đã biết từ đồ thị D = f(v).i

 f, i: hệ số cản lăn và độ dốc của đường.

 ji: ia tốc của ôtô ở tay số thứ i.

 δ j là hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay. δ j = 1+0.05(1+i ²) (CT 1-37,tr41)hi

Bảng 8 Hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay

- Khi ô tô chuyển động với vận tốc v22 m/s thì f=f0*(1+ 1500 v ² )

- Lập bảng tính toán các giá trị j theo v ứng với từng tay số:i i

Bảng 9 Giá trị gia tốc ứng với mỗi tay số

T k t qu b ng tính, xây d ng đ th j = f(v):ừ ế ả ả ự ồ ị

Hình 5 Đồ thị gia tốc ôtô

 Gia tốc cực đại của ôtô lớn nhất ở tay số một và giảm dần đến tay số cuối cùng.

 Tốc độ nhỏ nhất của ôtô v = 2,56 (m/s) tương ứng với sốmin vòng quay ổn định nhỏ nhất của động cơ n = 320 (vòng/phút) min

 Trong khoảng vận tốc từ 0 đến v ôtô bắt đầu khởi hành,min khi đó, li hợp trượt và bướm ga mở dần dần.

 Ở tốc độ v = 55,45 (m/s) thì j 0, lúc đó xe không cònmax v ≈ khả năng tăng tốc.

 Do ảnh hưởng của δ mà j (gia tốc ở tay số 2) > j (gia tốc ởj 2 1 tay số 1).

2.3.5 Xây dựng đồ thị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc

2.3.5.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngược

- Biểu thức xác định thời gian tăng tốc: j = dv dt → dt = 1 j dv

- Thời gian tăng tốc của ôtô từ tốc độ v đến tốc độ v sẽ là:1 2 t = ∫ v 1 v 2

 ti: thời gian tăng tốc từ v đến v1 2

 ti = F : với F là phần diện tích giới hạn bởi phần đồ thị i i 1 j f(v); v = v ; v = v và trục hoành của đồ thị gia tốc ngược.1 2

Thời gian tăng tốc toàn bộ: t i = ∑ i=1 n

 n: số khoảng chia vận tốc (v → v )min max

- (vì tại j = 0 → 1 j = ∞ Do đó, chỉ tính tới giá trị v = 0,95v = 190max km/h)

- Lập bảng tính giá trị 1 j theo v:

Bảng 10 Giá trị 1/j ứng với từng tay số

- Từ kết quả bảng tính, dựng đồ thị 1 j = f(v):

Hình 6 Đồ thị gia tốc ngược

2.3.5.2.Cách tính thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô

- Xác định Vimax theo phương pháp giải tích, từ đồ thị 1/j ta có thể tìm được các giao điểm bằng việc tính vận tốc tại thời điểm chuyển số(V )max

Ta có: tại vị trí Vmax1

- Từ (1), (2), (3), (4) ta có phương trình sau giao điểm sau:

- Thay số vào phương trình ta được

- Tính toán tương tự cho các lần chuyển số tiếp theo ta có các vận tốc lần lượt như sau:

- Dựa vào hình dáng của đồ thị gia tốc ngược ta có thời điểm chuyển từ số thấp sang số cao là tại V của từng tay số.max

- Tính gần đúng theo công thức:

Quãng đường tăng tốc dS = v.dt → S= ∫ t 1 t 2 v dt

 Si = F s i : với F s i phần diện tích giới hạn bởi các đường t f(v) ; t = t ; t = t và trục tung đồ thị thời gian tăng tốc.1 2

Quãng đường tăng tốc từ vmin ÷ vmax : S= ∑ i=1 n

2.3.5.3 Lập bảng tính giá trị thời gian tăng tốc – quãng đường tăng tốc của ôtô

- Có xét đến sự mất mát tốc độ và thời gian khi chuyển số.

 Sự mất mát về tốc độ khi chuyển số sẽ phụ thuộc vào trình độ người lái, kết cấu của hộp số và loại động cơ đặt trên ôtô

 Động cơ xăng, người lái có trình độ cao, thời gian chuyển số từ 0,5s đến 2s

(Với người lái có trình độ kém thì thời gian chuyển số có thể cao hơn từ 25- 40%)

- Tính toán sự mất mát tốc độ trong thời gian chuyển số (giả thiết: người lái xe có trình độ thấp và thời gian chuyển số giữa các tay số là khác nhau): Δv = j ∆ t= f g δ j

 f: hệ số cản lăn của đường f = f0 ¿ ( 1+ 1500 V 2 )

- Từ công thức trên ta có bảng sau:

Bảng 11 Độ giảm vận tốc khi sang số

Bảng 12: thời gian và quãng đường tăng tốc

2.3.5.4 Vẽ đồ thị thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc

Hình 7 Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc